FTTH - GPON شبكات جيجابت الضوئية السلبية

GPON (شبكات جيجابت الضوئية السلبية) هو نظام بصري لشبكات الوصول ، بناءً على مواصفات ITU-T سلسلة G.984 . يمكن أن توفر مدى يصل إلى 20 كم بميزانية بصرية تبلغ 28 ديسيبل (كما هو موضح في الرسم التوضيحي التالي) باستخدام بصريات الفئة B + مع نسبة انقسام 1:32.

يدعم نظام GPON المعدلات التالية -

• 155 ميجابت في الثانية للرفع ، 1.24416 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 622 ميجابت في الثانية للرفع ، 1.24416 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 1.24416 جيجابت في الثانية للرفع ، 1.24416 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 155 ميجابت في الثانية لأعلى ، 2.48832 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 622 ميجابت في الثانية للرفع ، 2.48832 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 1.24416 جيجابت في الثانية لأعلى ، 2.48832 جيجابت في الثانية للتنزيل
• 2.48832 جيجابت في الثانية لأعلى ، 2.48832 جيجابت في الثانية للتنزيل

تدعم GPON كلاً من تغليف ATM و GEM. تدعم GEM (طريقة تغليف GPON) كلاً من TDM والبيانات الأصلية.

ميزات GPON

تعتمد هذه التقنية التطورية على BPON GEM. فيما يلي ميزاته -

انتقال المصب

• 2.4 جيجابت في الثانية
• BW لـ ONT واحد يكفي لتزويد إشارات HDTV متعددة
• QOS يسمح بتأخير حركة المرور الحساسة (صوت)

انتقال المنبع

• 1.24 جيجابت في الثانية
• يمكن ضمان الحد الأدنى من الأسلحة البيولوجية
• يمكن تخصيص فترات زمنية غير مستخدمة للمستخدمين بكثافة
• تسمح QoS بتأخير حركة المرور الحساسة (صوت)

لماذا GPON؟

توفر GPON حلول خدمات متكاملة مثل -

• وهو يدعم خدمات خدمة Triple Play.

• لكسر حاجز عرض النطاق الترددي للوصول عبر كبلات الزوج الملتوية ، فإنه يدعم الإرسال ذي النطاق الترددي العالي.

• يقلل من عقد الشبكة.

• يدعم تغطية خدمة تصل إلى 20 كم.

معايير GPON

معايير GPON مبنية على مواصفات BPON السابقة. المواصفات -

• G.984.1 - يصف هذا المستند الخصائص العامة لشبكة Gigabit-Capable Passive Optical Network.

• G.984.2 - يصف هذا المستند مواصفات الطبقة المعتمدة على الوسائط المادية للشبكة الضوئية المنفعلة لشبكة جيجابت.

• G.984.3 - يصف هذا المستند مواصفات طبقة التقارب لطبقة نقل الشبكة الضوئية المنفعلة ذات القدرة على جيجابت.
• G.984.4 - يصف هذا المستند مواصفات واجهة التحكم والشبكة الضوئية السلبية لشبكة Gigabit-Capable (OMCI).

هندسة GPON

يخدم GPON OLT العديد من أجهزة ONT من خلال منفذ PON. عادة ما يكون الإرسال النهائي ، أي من OLT إلى ONT ، TDM ؛ في حين أن حركة المنبع ، أي من ONT إلى OLT ، عادة ما تكون TDMA.

قد يكون نظام PON متماثلًا أو غير متماثل. يمكن أيضًا استخدام PON والبنية التحتية للألياف لدعم أي خدمة توزيع أحادية الاتجاه. على سبيل المثال - فيديو بطول موجة مختلف.

طبقة تعتمد على الوسائط المادية GPON

G.984.2 هي مواصفات الطبقة المادية لنظام GPON. تتناول الطبقة المادية مجالات مثل -

• الأداء البصري من حيث معدل البيانات.
• فئة مكونات الألياف الضوئية.
• توقيت وضبط القوة الضوئية.
• تصحيح الخطأ المرسل.

أحد المتطلبات الأساسية للنظام البصري هو تزويد المكونات بسعة كافية لتوسيع الإشارة الضوئية إلى النطاق المتوقع. هناك ثلاث فئات أو فئات من المكونات ، والتي تعتمد على القوة والحساسية. فئات المكونات -

• بصريات الفئة أ: من 5 إلى 20 ديسيبل
• بصريات الفئة ب: من 10 إلى 25 ديسيبل
• بصريات الفئة C: من 15 إلى 30 ديسيبل

طرف الخط البصري (OLT)

يوفر OLT واجهة عقدة الخدمة (SNI) (عادةً 1 جيجابت في الثانية و / أو 10 جيجابت في الثانية Ethernet LAN واجهات) نحو الشبكة الأساسية ، ويتحكم في GPON. يتكون OLT من ثلاثة أجزاء رئيسية -

• وظيفة واجهة منفذ الخدمة
• عبر وظيفة التوصيل
• واجهة شبكة التوزيع البصري (ODN)

يوضح الرسم التوضيحي التالي مخطط الكتلة الوظيفية النموذجي لـ OLT.

شل PON الأساسية

تتكون قذيفة PON Core من جزأين. الجزء الأول هو وظيفة واجهة ODN والجزء هو وظيفة PON TC . تتضمن وظيفة PON TC OAM ، والتحكم في الوصول إلى الوسائط ، والتأطير ، و DBA ، وتحديد وحدة بيانات البروتوكول (PDU) لوظيفة التوصيل المتقاطع ، ولإدارة ONU.

• غلاف التوصيل المتقاطع - يوفر هذا الغلاف مسار اتصال بين غلاف PON الأساسي وقذيفة الخدمة.

• غلاف الخدمة - هذا الغلاف مخصص للترجمة بين واجهات الخدمة وواجهة إطار TC لقسم PON.

ONU / ONT

تعمل وحدة الشبكة الضوئية (ONU) بواجهة PON واحدة أو واجهتين بحد أقصى لأغراض حماية الارتباط. في حالة قطع أي ألياف من هذين الليفين ، يمكن الوصول إلى وحدة ONU من خلال ألياف أخرى. وهذا ما يسمى حماية PON أو حماية الارتباط. تُعرف حماية الارتباط أيضًا باسم تجميع الارتباط ، والذي يمكنه حماية الارتباط وفي نفس الوقت ، يمكنه تجميع حركة المرور أيضًا.

تعمل وظيفة الخدمة MUX و DEMUX على توصيل أجهزة العميل بجانب PON. تم تصميم محطة الشبكة الضوئية (ONT) للاستخدام الفردي للمشترك ، بينما تم تصميم ONU (وحدة الشبكات الضوئية) للاستخدام المتعدد للمشتركين. تسمح المقسمات بمشاركة PON بواسطة ما يصل إلى 128 ONTs أو ONU.

واجهات ONT / ONU

تحتوي محطة الشبكة الضوئية (ONT) ، المتصلة بـ OLT على جانب الوصلة الصاعدة لواجهة شبكة الخدمة ، على العديد من منافذ واجهة شبكة المستخدم. عادة ، سيكون هناك أربعة منافذ FE / GE باتجاه UNI.

• منافذ UNI لـ ONT السكنية - عادةً ما تكون واجهات خدمة المشتركين مثل 10 / 100Base-T High Speed ​​Internet (HSI) والفيديو عبر IP و RF coaxial لأنظمة تراكب الفيديو RF وواجهات الهاتف FXS التناظرية لصوت VoIP PSTN.

• منافذ UNI للأعمال ONT - بالإضافة إلى ما سبق ، قد تتضمن أيضًا أجهزة توجيه 10/100 / 100Base-T وواجهات مفاتيح L2 / L3 و DS1 / E1 PBX للأنظمة الرئيسية.

تنهي وحدة الشبكة الضوئية (ONU) ألياف GPON ولديها واجهة شبكة مستخدم (UNI) أكثر بكثير للعديد من المشتركين. يمكن أن تكون واجهة UNI هي ADSL2 + أو VDSL2 أو Power Line أو MoCA أو HPNA ، والمسافة إلى المشترك (10/100 Base-T تقتصر على 100 متر ، أي 330 قدمًا).

وفقًا لنوع منافذ الواجهة ، قد لا تتمكن UN UNI من الاتصال مباشرة بجهاز CPE للمشترك. في هذه الحالة ، تتصل UNI بنهاية الشبكة (NT) ، والتي يتم وضعها في الموقع النهائي للمشترك. تقوم NT بإنهاء معدات CPE الخاصة بالمشترك ، مثل جهاز كمبيوتر أو موجه لاسلكي أو هاتف أو جهاز فك تشفير فيديو IP أو جهاز فك التشفير أو فيديو RF ، إلخ.

بشكل أساسي ، يجمع ONT بين وظيفة ONU و NT في جهاز واحد. هذا المزيج من الاثنين ؛ معًا يجعل ONT الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوفير خدمات GPON للمؤسسات المحلية والعائلة الفردية والصغيرة والمتوسطة. ومع ذلك ، إذا تم وضع عميل في الحرم الجامعي كطلاب أو نزل أو مدارس أو كليات أو مستشفيات أو مكاتب الشركات ، حيث يوجد بالفعل كابل نحاسي CAT-5 ، فيمكن أن تعمل ONU كحل أكثر ملاءمة.

شبكة التوزيع البصري

GPON ODN ، الذي يتكون من كابل وألياف بصرية أحادية الوضع ؛ تعتبر كبلات شريط الألياف الضوئية والتوصيلات والموصلات الضوئية والمقسمات الضوئية السلبية ومكونات التفرع السلبي سلبية للغاية.

تقسم المقسمات الضوئية ODN الألياف المفردة إلى ألياف متعددة تذهب إلى مباني مختلفة ومنازل فردية. يمكن وضع المقسمات في أي مكان في ODN ، من المكتب المركزي (CO) / التبادل المحلي (LE) إلى مقر العميل وقد يكون بأي حجم. تم تعيين المقسمات على أنها [n: m] ، حيث "n" هو عدد المدخلات (باتجاه OLT) = 1 أو 2 ، و "m" هو عدد المخرجات (باتجاه ONT) = 2،4،8،16 ، 32،64.

مضاعفة / تأطير GPON

يتم شرح تعدد إرسال أو تأطير GPON بالعوامل التالية.

طريقة تغليف GPON (GEM)

إنه مخطط نقل البيانات في طبقة تقارب إرسال GPON المحددة. يوفر GEM آلية تأطير متغيرة الطول موجهة للاتصال لنقل خدمات البيانات عبر الشبكة الضوئية المنفعلة (PON). تم تصميم GEM ليكون مستقلاً عن نوع واجهة عقدة الخدمة في OLT بالإضافة إلى أنواع واجهات UNI في وحدات ONU.

حركة المصب (OLT نحو ONU / ONT)

بالنسبة لحركة المرور المتلقية للمعلومات ، تتمركز وظائف تعدد إرسال حركة المرور في OLT. معرف منفذ GEM ، على شكل رقم 12 بت مخصص بواسطة OLT للاتصالات المنطقية الفردية ، يحدد إطارات GEM التي تنتمي إلى اتصالات منطقية مختلفة في اتجاه التدفق. يقوم كل ONU بتصفية إطارات GEM النهائية بناءً على معرّفات منفذ GEM الخاصة بهم ومعالجة إطارات GEM التي تنتمي إلى ONU فقط.

حركة المنبع (ONU / ONT نحو OLT)

يتم منح الكيانات التي تحمل حركة المرور داخل ONU فرصة إرسال أولية (أو تخصيص عرض النطاق الترددي) بواسطة OLT. يتم تحديد هذه الكيانات الحاملة لحركة المرور من خلال معرفات التخصيص ( معرفات التخصيص). معرف التخصيص (Alloc-ID) هو رقم 12 بت يعينه OLT إلى وحدة ONU لتحديد الكيان الحامل لحركة المرور. إنه مستلم لتخصيصات النطاق الترددي المنبع داخل ONU.

يتم مضاعفة تخصيصات النطاق الترددي لمعرفات Alloc-ID المختلفة في الوقت المحدد كما هو محدد بواسطة OLT في خرائط النطاق الترددي المرسلة في اتجاه المصب. داخل كل تخصيص للنطاق الترددي ، يستخدم ONU معرّف منفذ GEM كمفتاح تعدد إرسال لتحديد إطارات GEM التي تنتمي إلى اتصالات منطقية مختلفة عند المنبع.

A حاوية نقل (T-CONT) هو كائن ONU يمثل مجموعة من الاتصالات المنطقية. يظهر ككيان واحد لغرض تعيين النطاق الترددي المنبع على PON. استنادًا إلى مخطط الخرائط ، يتم نقل حركة مرور الخدمة إلى منافذ GEM المختلفة ثم إلى T-CONTs مختلفة.

يعد التعيين بين منفذ GEM و T-CONT مرنًا. يمكن أن يتوافق منفذ GEM مع T-CONT ؛ أو يمكن أن تتوافق منافذ GEM المتعددة مع نفس T-CONT.

طبقة تقارب ناقل الحركة G-PON (GTC)

طبقة بروتوكول لمجموعة بروتوكولات G-PON موضوعة بين الطبقة المعتمدة على الوسائط المادية (PMD) وعملاء G-PON. تتكون طبقة GTC من طبقة فرعية لتأطير GTC وطبقة فرعية لتكييف GTC.

في اتجاه المصب ، يتم نقل إطارات GEM في حمولة GTC ، والتي تصل إلى جميع وحدات ONU. تستخرج الطبقة الفرعية لتأطير ONU الإطارات ، ويقوم محول GEM TC بتصفية الإطارات استنادًا إلى معرف المنفذ 12 بت. يُسمح فقط بالإطارات التي تحتوي على معرفات المنافذ المناسبة من خلال وظيفة عميل GEM.

في اتجاه المنبع ، يتم نقل حركة GEM عبر واحد أو أكثر من T-CONTs. يتلقى OLT الإرسال المرتبط بـ T-CONT ويتم إعادة توجيه الإطارات إلى محول GEM TC ثم عميل GEM.

تأطير طبقة GTC

تبلغ مدة الإطار السفلي 125 ميكروثانية ويبلغ طوله 38880 بايت ، وهو ما يتوافق مع معدل بيانات المصب البالغ 2.48832 جيجابت / ثانية. يتكون إطار GTC المتجه نحو المصب من كتلة التحكم المادية في اتجاه المصب (PCBd) وقسم الحمولة الصافية GTC.

إطارات تقارب ناقل الحركة GPON دائمًا بطول 125 مللي ثانية -

• 19440 بايت / إطار لمعدل 1244.16
• 38880 بايت / إطار لمعدل 2488.32

يتكون كل إطار GTC من كتلة التحكم المادي مع المصب + الحمولة

• يحتوي PCBd على معلومات المزامنة و OAM و DBA وما إلى ذلك.

قد تحتوي الحمولة على أقسام ATM و GEM (إما أحدهما أو كليهما)

في إطار GTC المنبع مدة 125 ميكرو ثانية. في أنظمة G-PON ذات الوصلة الصاعدة 1.24416 جيجابت / ثانية ، يبلغ حجم إطار GTC المنبع 19440 بايت. يحتوي كل رتل في المنبع على عدد من رشقات الإرسال القادمة من وحدة أو أكثر من وحدات ONU.

تحتوي كل رشقة إرسال أولية على قسم علوي للطبقة المادية العلوية (PLOu) وواحد أو أكثر من فترات تخصيص النطاق الترددي المرتبطة بمعرفات Alloc-ID الفردية. يوفر إطار GTC المتجه نحو المصب مرجعًا زمنيًا مشتركًا لـ PON وإشارات التحكم المشتركة للمصدر.

حمولات GPON

من المحتمل أن تحتوي حمولة GTC على قسمين -

• قسم ATM (طول Alen * 53 بايت)
• قسم GEM (الطريقة المفضلة الآن)

قسم أجهزة الصراف الآلي

يحتوي قسم أجهزة الصراف الآلي على الخصائص التالية.

• تم تحديد Alen (12 بت) في PCBd.
• يحدد Alen عدد الخلايا 53B في قسم ATM.
• إذا كان Alen = 0 فلا يوجد قسم ATM.
• إذا كان Alen = الحمولة النافعة / 53 ، فلا يوجد قسم GEM.
• تتم محاذاة خلايا ATM لإطار GTC.
• تقبل وحدات ONU خلايا ATM بناءً على VPI في رأس ATM.

قسم GEM

قسم GEM له الخصائص التالية.

• على عكس خلايا ATM ، قد يكون للإطارات المحددة GEM أي طول.
• يمكن احتواء أي عدد من إطارات GEM في قسم GEM.
• تقبل وحدات ONU إطارات GEM استنادًا إلى معرف المنفذ 12b في رأس GEM.

وضع تغليف GPON

كانت الشكوى الشائعة ضد BPON هي عدم الكفاءة بسبب ضريبة خلية ATM. يشبه GEM أجهزة الصراف الآلي. لديها رأس ثابت الحجم محمي من HEC. ومع ذلك ، فإنه يتجنب الحمل الكبير من خلال السماح بإطارات متغيرة الطول. GEM عام - أي نوع حزمة (وحتى TDM) مدعوم. يدعم GEM التجزئة وإعادة التجميع.

يعتمد GEM على GFP ، ويحتوي العنوان على الحقول التالية -

• مؤشر طول الحمولة - طول الحمولة بالبايت.
• معرف المنفذ - يحدد الهدف ONU.
• مؤشر نوع الحمولة (GEM OAM ، مؤشر الازدحام / التجزئة).
• حقل تصحيح خطأ الرأس (كود BCH (39،12،2) + تعادل زوجي 1b)

رأس GEM هو XOR'ed مع B6AB31E055 قبل الإرسال.

إيثرنت / TDM عبر GEM

عند نقل حركة مرور Ethernet عبر GEM

• يتم تغليف إطار MAC فقط (بدون مقدمة ، SFD ، EFD)
• قد يكون إطار MAC مجزأًا (انظر الشريحة التالية).

إيثرنت عبر GEM

عند نقل حركة TDM عبر GEM -

• استقصاء المخزن المؤقت للإدخال TDM كل 125 مللي ثانية.
• يتم إدخال بايتات PLI من TDM في حقل الحمولة.
• قد يختلف طول جزء TDM بمقدار ± 1 بايت بسبب إزاحة التردد.
• زمن انتقال ذهابًا وإيابًا يحده 3 مللي ثانية.

TDM على GEM

يمكن لـ GEM تفتيت حمولتها. على سبيل المثال ، إطار Ethernet غير مجزأ كما هو موضح في الرسم التوضيحي التالي.

يوضح الرسم التوضيحي التالي إطار Ethernet مجزأ.

حمولات أجزاء GEM لأي من السببين التاليين -

السبب 1 - قد لا يتداخل إطار GEM مع إطار GTC.

السبب 2 - قد يتم استباق رتل GEM للبيانات الحساسة للتأخير.

تشفير GPON

يشفر OLT باستخدام AES-128 في وضع العداد. يتم تشفير الحمولة النافعة فقط (وليس رؤوس ATM أو GEM). تتم محاذاة كتل التشفير مع إطار GTC. يتم مشاركة العداد بواسطة OLT وجميع وحدات ONU على النحو التالي -

• 46b = 16b داخل الإطار + 30 بتة بين الرتل.
• يزيد العداد داخل الإطار كل 4 بايت بيانات.
• إعادة التعيين إلى الصفر في بداية إطار DS GTC.

يجب أن يتفق كل من OLT و ONU على مفتاح متماثل فريد. يطلب OLT من ONU ​​كلمة مرور (في PLOAMd). يرسل ONU كلمة المرور إلى الولايات المتحدة بشكل واضح (في PLOAMu) -

• تم إرسال المفتاح 3 مرات من أجل المتانة

يُعلم OLT ONU بالوقت المحدد لبدء استخدام مفتاح جديد.

جودة الخدمة - GPON

تتعامل GPON مع جودة الخدمة بشكل صريح. تسهل الإطارات ذات الطول الثابت جودة الخدمة (QoS) للتطبيقات الحساسة للوقت. يوجد 5 أنواع من حاويات النقل -

• النوع 1 - BW ثابت.
• النوع 2 - BW مضمون.
• النوع 3 - تخصيص BW + غير مضمون BW.
• اكتب 4 - أفضل جهد.
• اكتب 5 - مجموعة شاملة لكل ما سبق.

يضيف GEM العديد من ميزات QoS لطبقة PON -

• التجزئة يتيح استباق الإطارات الكبيرة ذات الأولوية المنخفضة.
• PLI - يمكن استخدام طول الحزمة الصريح عن طريق خوارزميات الانتظار.
• تحمل بتات PTI مؤشرات الازدحام.

في الفصل التالي ، سوف نفهم ما هي شبكة Ethernet البصرية السلبية.